Хлор және күйдіргіш натрий өндірудің физика-химиялық негізі.
Натрий хлоридінің ерітіндісін электролиздегенде хлор, сутек және күйдіргіш натрий түзіледі.
Бұл әдісті өткен ғасырдың соңғы жылдарынан бастап хлор мен сілті өндіруге қолданыла бастады.
Натрий хлоридінің судағы ерітіндісін электролиздеу процесі қатты немесе сұйық катодтан,
графит анодынан құралған электролиттік ванналарда жүреді. Қатты катод ретінде таза (жұмсақ)
темірді, сұйық катод ретінде сынапты қолданады. Электролиттік ванналарда қатты катод екі түрлі
болады: тік сүзгіш диафрагмалы және көлденең сүзгіш диафрагмалы катодты ванналар.
1.Қатты катодты электролиттік ванналарда ас тұзының қаныққан ерітіндісін (310 г/л)
электролиздеу процесінің механизмі:
Ерітіндіде :
иондары бар.
Электродтарды тұрақты ток көзіне жалғағанда, ерітінді арқылы электр тогы жүргенде анодта
отттек пен хлор бөлінеді:
Бірінші (1) тотығу процесінде нейтралды ас тұзының қаныққын ерітіндісінде Нернст теңдеуі бойынша
ОН
-
ионының зарядсыздану потенциялы:
E
0,41
0,58
g
0,8
10
7
0,83
в тең болады.
Осы жағдайдағы (2) СІ
-
иондарының зарядсыздану потенциалы:
E
1,36
0,058
g
5,4
0,6
1,33
в тең болады.
2
2
2
2
2
3
2
Мұндағы:
0,8
10
7
-
ерітіндідегі ОН
-
иондарының активтілігі,
г-
ион/л; 5,4 – аниоттегі NaCI концентрациясы, г-моль/л;
0,6
– NaCI активтік коэффициенті.
Аниондардың зарядсыздану потенциалының мөлшері бойынша бірінші ретте анодта оттек
бөлінуі тиіс, іс жүзінде графит анодында оттектің асқын кернеуінен сол жағдайдағы хлордың асқын
кернеуі жоғары болғандықтан, анодта хлор газ қалпында бөлінеді (3). Хлордың бөлінуі ас тұзының
ерітінді концентрациясы артқан сайын жеңілденеді, сондықтан да ерітінділердің тиімді
концентрациясы – 310-315 г/л.
Катодта – Н
+
жылжуы Nа
+
-
дан жылдам (Н
+
=0,2 см/м Nа
+
=0,027 см/м) әрі зарядсыздану
потенциалы төмен. (Н
+
=-
0,415 в Nа
+
= -
2,71 в). Сондықтан Н
+
иондары катодта бұрын барып
зарядсызданып газ қалпында бөлініп шығады.
2
H
2
e
2
H
H
2
H
2
O
2
e
H
2
2
OH
(3)
Қорытқанда:
2
CI
2
e
CI
2
H O
2
e
H
2
OH
2
H O
2
CI
CI
H
2
OH
Немесе
2
H
2
O
2
NaCI
CI
2
H
2
NaOH
Электролиз кезінде негізгі «1,2,3» процестерімен қатар тағы да басқа қосымша процестер
жүруі мүмкін:
CI
2
H
2
O
HCIO
HCI HCIO
NaOH
NaOCI
H
2
O
HCI
NaOH
NaCI
H
2
O
NaCIO
2
HCIO
NaCIO
3
2
HCI
2
NaCIO
NaCIO
2
NaCI
CIO
-
иондары анодта тотығып, СІО
3
-
иондарын түзеді. Қосымша процестер өндірілетін қажеттті
заттардың шығымы төмендейді, электр энергиясының шығымын арттырады.
Анодта:
6
CIO
6
OH
2
CI
4
CI
3
O
3
H O
6
e
Анодта бөлінген оттек атомдары графитпен әрекеттесіп көміртек оксидін түзеді:
С
О
СО СО
О
СО
2
2
2
|